Subiecte

Abstract

În lucrarea de față, nanomaterialele durabile, celuloza și nanocristalele de celuloză sferică (SCNC) au fost izolate din părțile necomestibile ale fructului de jackfruit (Artocarpus heterophyllus). Dintre cele trei metode diferite testate, tratamentul cu clorit de sodiu a produs cel mai mare randament de celuloză, 20,08 ± 0,05% g/g (greutate uscată). Vârfurile observate în spectrul CP/MAS 13 C RMN și frecvențele FTIR au relevat prezența a-celulozei și absența altor fracțiuni de biomasă precum hemiceluloză și lignină. Analiza XRD a arătat o cristalinitate ridicată de 83,42%. Apariția unui vârf endotermic ascuțit la 323 ° C în DSC și modele de descompunere între 310–420 ° C de TGA confirmă prezența celulozei. Mai mult, hidroliza acidului sulfuric a fost folosită pentru a produce SCNC și a fost examinată de TEM pentru morfologie și de HPLC pentru prezența glucozei.

Introducere

Celuloza este cel mai amplu biopolimer de pe pământ 1,2 și unul dintre polimerii folosiți pe scară largă în sectoarele alimentar, farmaceutic și biocombustibil 3,4. Celuloza derivată din biomasă prezintă forme amorfe și cristaline cu diferite regiuni, cum ar fi macro fibrile, fibre, pori și micro și nanocristale. La nivel molecular, celuloza conține lanțuri de glucan și legături de hidrogen 5 .

Celuloza hidrolizată cu acid produce, în general, CNC-uri de 20 × 100–200 nm dimensiunea 6. În plus față de aplicațiile comerciale ale celulozei, CNC-urile au câștigat o atenție extraordinară în ultimii ani pentru utilizarea în tehnologiile de remediere a mediului și formulări farmaceutice. Densitatea ultra-mică, arhitectura poroasă reglabilă și proprietățile mecanice remarcabile ale CNC-urilor le fac ideale pentru mai multe aplicații. Nanoceluloză a fost utilizată la prepararea materialelor funcționale optice, cum ar fi nematicul chiral, filmele irizate, materialele plastice cu efect de seră, tehnologiile anti-contrafăcute și urmărirea particulelor 7. De asemenea, sunt explorate spume/aerogeluri ultralegere, durabile și flexibile bazate pe CNC pentru diverse aplicații 8. Nanoceluloză a fost utilizată pe scară largă ca umplutură naturală pe mai multe compozite, deoarece are rezistență mecanică ridicată, modul, 138-150 GPa; și rezistența la tracțiune, 10 GPa 9. S-a raportat esterificarea nanocelulozei pentru redarea hidrofobiei pentru a facilita dizolvarea ușoară în solvenți nepolari și matrice de polimeri 10 .

Surse precum lemn de cauciuc, rahi de banane, coji de porumb, macrofite, coji de orez, coji de banane, iută, tăierea copacilor, alge brune și altele au fost exploatate anterior pentru izolarea celulozei și nanocelulozei 11,12. Prezenta lucrare se concentrează pe izolarea celulozei și nanocristalelor de celuloză (CNC) din părțile necomestibile ale fructului de jack.

Arborele jackfruit este popular în India pentru fructele sale de sezon delicioase. Este cultivat pe scară largă în regiunile Kerala, Tamil Nadu, Karnataka, Andhra Pradesh, Maharashtra, Assam, Bihar, Orissa și Bengalul de Vest, cu o suprafață totală de 13.460 ha 13. Un singur arbore de jackfruit produce aproximativ 200-500 de fructe anual, fiecare fruct cântărind în jur de 23-40 kg 13. Coaja de fructe negre comestibilă generată de un singur copac este de aproximativ 2714-11800 kg pe an 13. Nu este potrivit nici pentru consumul uman, nici pentru hrana animalelor și cuprinde în principal celuloză, hemiceluloză și lignină. Deși puține studii au evidențiat utilizarea coajei de jackfruit în aplicații de mediu 14, aceasta nu este exploatată comercial. Deci, un volum mare a fost eliminat la depozitele de deșeuri care cauzează probleme de mediu. Utilizarea unei astfel de biomasă regenerabilă, durabilă și ieftină pentru producerea de produse valoroase din a doua generație este necesitatea orei în perspectiva semnificației economice și de mediu. Prin urmare, prezenta lucrare raportează izolarea și caracterizarea unui biomaterial de a doua generație, celuloză și SCNC din coaja de jackfruit.

Rezultate si discutii

Analiza compozițională

Pulberea uscată de coajă de jackfruit a fost examinată pentru compoziția imediată, finală și biochimică (Tabelul 1). Toți parametrii au fost în acord cu literatura raportată. Compoziția și proprietățile funcționale ale holocelulozei, extractivilor și ligninei pot diferi în funcție de structura și speciile de biomasă. Mai mult, au fost observate doar diferențe marginale pe baza variației sezoniere și geografice 15.16. Cantitatea semnificativă de holoceluloză, 44,13% g/g (pe d.w.b) și întregul conținut de carbon încurajează aplicații de înaltă valoare de coajă de jackfruit. Proporțiile minore de lignină îl fac potrivit pentru producția fermentativă de biocombustibili. Cu toate acestea, proprietățile structurale și funcționale ale proporțiilor ridicate de substanțe extractive necesită investigații suplimentare.

Izolarea celulozei

izolarea

Imagini de (A) coaja de fructe uscate (B) coaja praf de jackfruit (C) randamentul celulozei din trei metode diferite de izolare (D) fibre de celuloză decolorate folosind tratament cu clorit de sodiu.